KR20190042672A - 열간 압연 강재 및 강 부품 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 양태에 관한 열간 압연 강재는, 0.0001 내지 0.0050질량％의 Bi를 포함하는 소정의 화학 성분을 갖고, 금속 조직의 90면적％ 이상이 페라이트와 펄라이트로 구성되고, 압연 방향과 평행한 단면에서 측정되는, 상기 압연 방향을 따라 연신된 애스펙트비가 10 초과 30 이하인 Mn 황화물의 평균 개수 밀도가 50 내지 200개/㎟이다.

Description

열간 압연 강재 및 강 부품

본 발명은, 열간 압연 강재에 관한 것이다.

본원은, 2016년 9월 29일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2016-191456호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

자동차의 엔진용 부품 및 서스펜션용 부품은, 강을 열간 단조에 의해 성형하고, 임의로 ?칭 템퍼링과 같은 열처리(이후, 조질이라고 칭함)를 행함으로써 얻어진다. 조질이 행해진 부품을 조질 부품이라고 칭하고, 조질되지 않은 부품을 비조질 부품이라고 칭한다. 어느 경우에 있어서도, 적용할 부품에 필요한 기계 특성이 확보된다.

자동차 엔진용 부품의 사례로서 커넥팅 로드(이후, 커넥팅 로드라고 한다)를 들 수 있다. 이 부품은, 엔진 내에서 피스톤 왕복 운동을 크랭크 샤프트에 의한 회전 운동으로 변환할 때에 동력을 전달하는 부품이다. 커넥팅 로드는, 캡부와 로드부로 구성되고, 핀부라고 칭해지는 크랭크 샤프트의 편심 부위를 캡부와 로드부 사이에 끼워 넣어 체결함으로써 크랭크 샤프트에 조립 장착되어, 핀부와 회전 미끄럼 이동하는 메커니즘으로 동력을 전달한다.

캡부와 로드부의 정합성을 향상시키기 위해, 통상의 커넥팅 로드를 제조할 때에는, 캡부와 로드부의 맞댐면을 평활하게 할 필요가 있다. 또한, 핀부를 캡부와 로드부 사이에 끼워 넣어 체결할 때에는, 캡부와 로드부를 위치 정렬할 필요가 있으므로, 통상의 커넥팅 로드를 제조할 때에는, 캡부와 로드부의 맞댐면에 위치 정렬용 요철을 형성할 필요가 있다. 맞댐면을 평활하게 하고, 또한 맞댐면에 요철을 형성하기 위한 기계 가공 공정은, 커넥팅 로드의 제조 시간 및 제조 비용을 증대시킨다. 이 요철을 형성하기 위한 기계 가공 공정을 생략하기 위해, 근년, 파단 분리형 커넥팅 로드가 많이 채용되고 있다.

파단 분리형 커넥팅 로드라 함은, 강에 열간 단조 등을 행함으로써, 캡부와 로드부가 일체로 된 형상으로 성형한 후, 캡부와 로드부의 경계에 상당하는 부분에 절결부를 형성하여, 파단 분리하는 공법에 의해 얻어지는 것이다. 이 공법에 의해 얻어지는 캡부 및 로드부의 맞댐면은, 파단 분리에 의해 얻어진, 요철을 갖는 파면이다. 파단 분리된 파면끼리를 끼워 맞춤시킴으로써, 커넥팅 로드를 크랭크 샤프트에 조립 장착할 때의 위치 정렬을 행할 수 있다. 따라서, 파단 분리형 커넥팅 로드의 제조에서는, 맞댐면의 정합성을 높이기 위한 기계 가공도, 위치 정렬용 요철을 맞춤면에 형성하기 위한 기계 가공도 생략할 수 있다. 따라서, 파단 분리형 커넥팅 로드는, 부품의 기계 가공 공정을 대폭 삭감할 수 있어, 부품 제조 시의 경제 효율성을 대폭 향상시킬 수 있다.

파단 분리형 커넥팅 로드에 제공하는 강재로서, 구미에서 보급되고 있는 것은, DIN 규격의 C70S6이다. C70S6은, 0.7질량％의 C를 포함하는 고탄소 비조질강이며, 파단 분리 시의 치수 변화를 억제하기 위해, 그 금속 조직이 연성 및 인성이 낮은 펄라이트 조직으로 이루어진다. C70S6은, 파단 시의 파면 근방의 소성 변형량이 작으므로, 파단 분리성이 우수하다. 강의 파단 분리성이라 함은, 강을 파단 가공함으로써 얻어진 강의 파면끼리의 끼워 맞춤성을 평가하는 지표이다. 파면 근방의 변형량이 작고, 파면의 취성 파괴 면적률이 크고, 파단 가공 시의 치핑 발생량이 작은 강은, 파단 분리성이 양호하다고 판단된다. 그러나 C70S6은, 통상의 커넥팅 로드용 강인 중탄소 비조질강의 페라이트-펄라이트 조직에 비해 조직이 조대하므로, 항복비(항복 강도/인장 강도)가 낮아, 높은 좌굴 강도가 요구되는 고강도 커넥팅 로드에는 적용할 수 없다고 하는 문제가 있다.

강의 항복비를 높이기 위해서는, 강의 탄소량을 낮게 억제하여, 강의 페라이트 분율을 증가시킬 필요가 있다. 그러나 강의 페라이트 분율을 증가시킨 경우, 강의 연성이 향상되어, 파단 분리 시에 파면 근방의 소성 변형량이 커지기 때문에, 크랭크 샤프트의 핀부에 체결되는 커넥팅 로드 미끄럼 이동부의 형상 변형이 증대되어, 진원도가 저하된다고 하는 부품 성능상의 문제가 발생한다.

또한, 근년은 고출력 디젤 엔진 혹은 터보 엔진의 보급에 의한 엔진 출력 증대에 수반하여, 커넥팅 로드의 캡부와 로드부의 어긋남 방지, 즉, 끼워 맞춤성 향상 및 체결력 향상 등의 요구가 있다. 이 중, 끼워 맞춤성 향상에 대해서는, 파단 분리시킨 면의 요철을 크게 하도록, 강재의 조직을 제어하는 것이 유효하다.

고강도의 파단 분리형 커넥팅 로드에 적합한 강재로서, 몇 개의 비조질강이 제안되어 있다. 특허문헌 1 및 특허문헌 2에는, Si 또는 P와 같은 취화 원소를 다량으로 첨가하여, 재료 자체의 연성 및 인성을 저하시킴으로써 파단 분리성을 개선하는 기술이 기재되어 있다. 특허문헌 3 및 특허문헌 4에는, 제2상 입자의 석출 강화를 이용하여 페라이트의 연성 및 인성을 저하시키고, 이에 의해 파단 분리성을 개선하는 기술이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 5 내지 7에는, 강 중의 Mn 황화물의 휴대를 제어함으로써 파단 분리성을 개선하는 기술이 기재되어 있다.

이들 기술은, 파단 분리된 부위의 변형량을 작게 하는 한편, 재료를 무르게 한다. 따라서, 이들 기술에 의해 얻어진 강은, 파단 분리 시, 혹은 파면끼리를 끼워 맞추었을 때에 치핑이 발생한다. 파면의 치핑이 발생하면, 끼워 맞춤부의 위치 어긋남이 발생하여, 고정밀도로 끼워 맞출 수 없다고 하는 문제가 발생한다. 특히, 파면의 요철을 크게 하면, 파단 시에 치핑이나 금이 발생하는 빈도가 높아지기 때문에, 파면 요철의 증대와, 파단 시의 치핑 및 금의 발생 방지의 양쪽을 동시에 달성 가능한 강이 요구되고 있었다. 치핑, 금의 발생 방지의 해결책으로서는, 특허문헌 8에 개시된 바와 같이 V의 편석을 저감하는 것을 들 수 있다. 또한, V는 고강도화를 목적으로 하여 첨가하는 화학 성분이다.

그러나 V의 편석의 이외에도 치핑, 금을 발생시키는 원인이 있다. 실제로는, 파면의 요철이 과도하게 큰 경우, 치핑, 금의 발생 빈도가 높아지는 경향이 있다. 이것은, 파면의 인장 방향의 요철이 형성될 때, 파면 방향으로 진전되는 균열 또는 오목부도 형성되기 때문이다. 파면끼리를 끼워 맞추어, 파면끼리를 체결하기 위해 파면에 응력을 인가할 때, 파면 방향으로 진전된 균열 또는 오목부가 응력 집중부가 되어, 여기서 미세한 파괴가 발생한다고 생각된다. 한편, 파면끼리의 끼워 맞춤성을 높이기 위해서는, 파면의 요철을 크게 할 필요가 있다. 이상 설명한 바와 같이, 파면 요철의 거대화에 의한 끼워 맞춤성 향상과, 치핑 및 금의 발생 방지는 배반의 관계가 있어, 그 양쪽의 달성은 현행의 공법으로는 해결할 수 없었다.

상기 외에도, 커넥팅 로드 제조 시에는, 드릴에 의한 펀칭 가공 등의 절삭 가공성도 중요시된다. 절삭 가공성을 향상시킴으로써, 작업이 효율화되고, 생산성이 향상됨으로써 다대한 경제 효과가 발생되기 때문이다. 즉, 파단 분할 커넥팅 로드에 있어서는, 기계 특성을 손상시키는 일 없이 절삭 가공성을 향상시킬 필요가 있다.

일본 특허 제3637375호 공보 일본 특허 제3756307호 공보 일본 특허 제3355132호 공보 일본 특허 제3988661호 공보 일본 특허 제4314851호 공보 일본 특허 제3671688호 공보 일본 특허 제4268194호 공보 일본 특허 제5522321호 공보

본 발명은 상기한 사정에 비추어, 파단 분리 시의 파면 근방 변형량을 작게 하고, 또한 파면의 요철을 크게 하여 끼워 맞춤성을 높이는 한편, 파면의 치핑 발생량을 억제하여, 더욱 열간 단조성 및 피삭성이 우수한 열간 압연 강재 및 강 부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 요지는 이하와 같다.

(1) 본 발명의 일 양태에 관한 열간 압연 강재는, 화학 성분이 C: 0.35 내지 0.45질량％, Si: 1.0 내지 1.9질량％, Mn: 0.10 내지 0.20질량％, P: 0.010 내지 0.035질량％, S: 0.06 내지 0.10질량％, Cr: 0.25질량％ 이하, V: 0.20 내지 0.40질량％, N: 0.0060 내지 0.0150질량％, B: 0.0050질량％ 이하, Bi: 0.0001 내지 0.0050질량％, Ti: 0 내지 0.050질량％, 및 Nb: 0 내지 0.030질량％를 함유하고, 잔부가 철 및 불순물로 이루어지고, 금속 조직의 90면적％ 이상이 페라이트와 펄라이트로 구성되고, 압연 방향과 평행한 단면에서 측정되는, 원상당 직경이 1 내지 5㎛이고, 또한 상기 압연 방향을 따라 연신된 애스펙트비가 10 초과 30 이하인 Mn 황화물의 평균 개수 밀도가 50 내지 200개/㎟이다.

(2) 상기 (1)에 기재된 열간 압연 강재는, 상기 화학 성분이, Ti: 0.005 내지 0.050질량％, 및 Nb: 0.005 내지 0.030질량％ 중 1종 또는 2종을 함유해도 된다.

(3) 본 발명의 다른 양태에 관한 강 부품은, 화학 성분이 C: 0.35 내지 0.45질량％, Si: 1.0 내지 1.9질량％, Mn: 0.10 내지 0.20질량％, P: 0.010 내지 0.035질량％, S: 0.06 내지 0.10질량％, Cr: 0.25질량％ 이하, V: 0.20 내지 0.40질량％, N: 0.0060 내지 0.0150질량％, B: 0.0050질량％ 이하, Bi: 0.0001 내지 0.0050질량％, Ti: 0 내지 0.050질량％, 및 Nb: 0 내지 0.030질량％를 함유하고, 잔부가 철 및 불순물로 이루어지고, 금속 조직의 90면적％ 이상이 페라이트와 펄라이트로 구성되고, 압연 방향과 평행한 단면에서 측정되는, 원상당 직경이 1 내지 5㎛이고, 또한 상기 압연 방향을 따라 연신된 애스펙트비가 10 초과 30 이하인 Mn 황화물의 평균 개수 밀도가 50 내지 200개/㎟이다.

(4) 상기 (3)에 기재된 강 부품은, 상기 강 부품을 상기 압연 방향과 평행한 인장 응력에 의해 인장 파단시켜 파면을 형성한 경우에, 상기 압연 방향과 평행한 상기 단면에서 관찰되는, 상기 인장 응력과 평행한 방향을 향해 80㎛ 이상의 고저차를 갖고, 상기 인장 응력과 평행한 상기 방향에 대한 각도가 45도 이하인 단차가, 상기 파면에 10㎜당 2.0개소 이상의 평균 개수 밀도로 형성되고, 상기 파면에 있어서의 취성 파괴 파면이 면적률로 하여 98％ 이상이고, 상기 압연 방향과 평행한 상기 단면에서 관찰되는, 상기 인장 응력과 평행한 상기 방향에 대한 각도가 45도 초과이고, 길이 80㎛ 이상에 걸쳐 형성되고, 그 일부가 상기 강 부품의 내부로 진전된 균열 또는 오목부의 평균 개수 밀도가, 상기 파면에 있어서 10㎜당 3.0개소 미만이어도 된다.

(5) 상기 (3) 또는 (4)에 기재된 강 부품은, 상기 화학 성분이, Ti: 0.005 내지 0.050질량％, 및 Nb: 0.005 내지 0.030질량％ 중 1종 또는 2종을 함유해도 된다.

본 발명의 일 양태에 관한 열간 압연 강재 및 강 부품은, 파단 분리하였을 때, 파면 근방의 소성 변형량이 작고, 또한 파면의 치핑 발생이 적어진다. 이 때문에, 파면을 끼워 맞춤시킨 경우, 위치 어긋남이 발생하지 않아, 고정밀도로 끼워 맞출 수 있고, 강 부품의 정밀도 향상, 수율 향상을 동시에 실현할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 양태에 관한 열간 압연 강재 및 강 부품은, 초미량의 Bi를 함유하기 때문에, 피삭성이 높다. 한편, 본 발명의 일 양태에 관한 열간 압연 강재 및 강 부품은, Bi 함유량의 상한값이 낮으므로, 열간 단조성이 높게 유지된다. 또한, 본 발명의 일 양태에 관한 강재 및 강 부품을 사용함으로써, 치핑을 흔들어 떨어뜨리는 공정을 생략할 수 있어, 제조 비용을 저감할 수 있고, 이에 의해, 산업상의 경제 효율성의 향상에 큰 효과가 있다. 본 발명의 일 양태에 관한 열간 압연 강재는, 열간 단조에 의해 성형하여 얻어지는 강 부품의 용도에 적합하고, 특히 파단 분할한 후에 다시 파면끼리를 끼워 맞추어 사용하는 용도에 적합하다.

도 1a는 파단 분리성 평가용 시험편을 도시하는 평면도이다.
도 1b는 파단 분리성 평가용 시험편을 도시하는 측면도이다.
도 2는 본 실시 형태에 관한 강 부품의 균열 진전의 모식도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태인 열간 압연 강재 및 강 부품에 대해 설명한다.

본 발명자는, 강 중에 존재하는 Mn 황화물의 형상을 제어함으로써, 파단 분리에 의해 얻어지는 파면의 요철의 파면 수직 방향의 크기를 바람직하게 제어하여, 치핑양을 억제할 수 있는 것을 알아냈다.

본 발명자들이 알아낸 바에 따르면, 파면의 요철 형상은, Mn 황화물의 신장화 정도 및 분포 빈도에 영향을 받는다. Mn 황화물의 신장화가 과잉인(즉, Mn 황화물의 애스펙트비가 큰) 경우는, 요철의 파면 수직 방향의 사이즈가 현저하게 커짐으로써, 파단 분리 시나 파면 끼워 맞춤 시에 치핑이나 금이 파면에서 발생하고, 파면 끼워 맞춤 시에 공극이 발생하여 끼워 맞춤성이 저하된다. 한편, 신장화된 Mn 황화물의 분포 빈도가 증가하면, 파면의 요철의 개수가 증가하여 끼워 맞춤성이 향상된다.

본 발명자들은, 상술한 현상은, 이하의 메커니즘에 의해 발생한 것이라고 추측하고 있다. 강 부품의 Mn 황화물은, 강 부품의 재료인 열간 압연 강재의 열간 압연 시에, 압연 방향으로 신장화된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 압연 방향과 거의 수직인 방향으로 강 부품(10)을 파단 분리할 때, 먼저 파단 기점(13)으로부터 압연 방향에 수직으로 균열(12)이 진전된다. 그러나 압연 방향으로 신장화된 Mn 황화물(11)에 균열(12)이 도달하면, 균열(12)의 진전 방향이 크게 변화되어, 균열(12)은 Mn 황화물과 강 부품(10)의 모상의 계면을 따라 압연 방향과 대략 평행하게 진전된다고 생각된다. 균열(12)이 Mn 황화물(12)의 단부에 도달하면, 균열(12)의 진전 방향이 응력 방향으로 변화되고, 균열(12)은 다시 압연 방향과 대략 수직으로 진전된다. 균열(12)이 압연 방향에 수직인 진전과 압연 방향과 평행한 진전을 반복하면서 파단 분리가 진행됨으로써, 파면에 요철이 형성된다고 생각된다. 본 발명자들은, 이상의 이유에 의해, Mn 황화물(11)이 많으면 요철의 개수가 많아지고, Mn 황화물(11)의 애스펙트비가 크면 요철의 압연 방향을 따른 사이즈가 커진다고 추정하였다.

Mn 황화물의 신장화의 정도 및 분포 빈도 등의 여러 형태를 제어하는 수단으로서, 본 발명자들은, 과거의 조사에 있어서 Ca, Zr 및 Mg 등의 첨가가 유효한 것을 알아냈다. 이들 원소는 Mn 황화물의 정출핵 또는 석출핵이 되어 Mn 황화물을 균일하게 미세 분산시키는 작용을 갖는다. 단, 이들 원소는 열간 가공성을 저하시키기 때문에, 강재의 생산성을 저하시키거나, 강재를 열간 가공하여 강 부품을 생산할 때의 생산성을 저하시키거나 할 우려가 있다. 따라서 본 발명자들은, Ca, Zr 및 Mg를 사용하는 일 없이 Mn 황화물의 형태를 제어하는 것을 시도하였다.

본 발명자들은, 후술하는 바와 같이 Mn 함유량을 0.10 내지 0.20질량％의 범위로 함으로써, Mn 황화물의 대부분이 생성되는 온도를 강의 고상 영역으로 하면 되는 것을 알아냈다. 그러나 이 경우, 고온 영역에서의 크랙이 발생하기 쉬워지고, 특히 연속 주조 시에 연속 주조 장치의 주조편 만곡부 및 주조편 펴짐부에 있어서 표면 크랙이 높은 빈도로 발생한다. 본 발명자들은, Mn 황화물의 형태를 제어하기 위해 Mn 함유량에 대한 S 함유량을 높이고, 또한 연속 주조 시의 주조편 표면 크랙을 방지하기 위해서는, 후술하는 잉곳 프로세스가 필수라는 것을 알아냈다.

또한 본 발명자들은, 강 중에 0.0001 내지 0.0050질량％의 Bi를 첨가하면, 피삭성이 향상되는 것을 알아냈다.

피삭성이라 함은, 절삭 가공의 용이성을 나타내는 지표이다. 예를 들어, 절삭 가공되었을 때에 발생하는 절삭분이 짧은 강은, 피삭성이 좋다고 판단된다. 절삭분이 긴 경우, 절삭분이 절삭 가공을 방해하기 때문에, 절삭분이 짧은 쪽이 절삭 가공의 능률이 높아진다.

종래 기술에 있어서도, Bi가 피삭성을 향상시키는 것은 알려져 있었다. 예를 들어 약 0.1질량％ 이상의 Bi는, 절삭분 생성 영역에서 파괴 기점으로서 작용함으로써, 절삭 저항을 저하시켜, 절삭분을 짧게 하는 효과가 있다. 단, 이러한 메커니즘은, Bi 함유량이 약 0.1％ 미만인 경우, Bi가 파괴 기점으로서 작용하기 어려워지고, 또한 파괴 기점의 개수가 감소하기 때문에, 충분히 발현되지 않는다고 여겨져 왔다. 한편, Bi는 강의 열간 단조성을 악화시키는 원소이기도 하므로, 특별히 이유가 없으면, 그 함유량을 가능한 한 적게 할 필요가 있다. 따라서 종래 기술에 의하면, 피삭성을 필요로 하지 않는 열간 단조용 강의 제조에 있어서는, Bi양은 가능한 한 적게 해야 하고, Bi를 이용하여 피삭성이 향상되는 경우에 있어서는, Bi 함유량을 약 0.1％ 이상으로 해야 한다고 되어 있었다. 또한, 열간 단조성과 피삭성의 양쪽을 높이는 것을, Bi를 사용하여 달성하는 것을 시도한 예는 없다.

그러나 본 발명자들은, 0.0001 내지 0.0050질량％의 초미량의 Bi가 강의 피삭성을 향상시키는 것을 알아냈다. 초미량의 Bi 자체는, 절삭분 생성 영역에서 파괴 기점으로서 작용하지 않는다고 생각된다. 그러나 본 발명자들은, 초미량의 Bi가 강의 결정 계면 및 모상과 개재물의 계면(이하, 「계면」이라고 칭함)에 편석되는 것을 알아냈다. 계면에 Bi가 편석되면, 결정끼리의 결합력 또는 모상과 개재물의 결합력이 저하된다. 따라서, 계면에 Bi가 편석되면, 계면이 파괴 기점으로서 작용하여 절삭 저항을 저하시켜, 절삭분을 짧게 하는 것이다. 이 초미량 Bi의 쾌삭성 향상 메커니즘에 관한 본 발명자들의 지견에 기초하여, 본 실시 형태의 열간 압연 강재의 Bi양은, 통상의 쾌삭제로서 사용되는 양보다 훨씬 적은 0.0001 내지 0.0050질량％가 되었다. 이에 의해, 본 실시 형태의 열간 압연 강재는, 열간 단조성을 손상시키는 일 없이 피삭성이 높게 되어 있다.

이상의 지견에 기초하여 얻어진 본 발명의 실시 형태에 관한 열간 압연 강재 및 강 부품의 화학 성분, Mn 황화물의 형태, 및 파단 분할에 의해 얻어지는 파면의 형태에 대해 설명한다. 또한, 열간 압연 강재의 화학 성분은, 열간 가공에 의해 변화되지 않는다. 또한, Mn 황화물의 사이즈는 열간 가공에 의해 부여되는 변형의 사이즈와 비교하여 매우 미소하기 때문에, 열간 압연 강재의 Mn 황화물의 형태도, 열간 가공에 의해 거의 변화되지 않는다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 열간 압연 강재를 열간 가공하여 얻어지는 본 실시 형태에 관한 강 부품의 화학 성분 및 Mn 황화물의 형태는, 이하에 설명되는 본 실시 형태에 관한 열간 압연 강재의 그것들과 동일하다. 또한, 파단 분할에 의해 얻어지는 파면의 형태는, 화학 성분 및 Mn 황화물의 형태에 따라 정해지므로, 파단 분할에 의해 얻어지는 파면의 형태에 대해, 본 실시 형태에 관한 열간 압연 강재와 본 실시 형태에 관한 강 부품은 동일하다.

본 실시 형태의 열간 압연 강재는, 화학 성분으로서, C, Si, Mn, P, S, Cr, V, N, B 및 Bi를 소정의 함유율로 포함하는 강재이다. 본 실시 형태의 열간 압연 강재는, 이하에 설명하는 화학 성분을 포함함으로써, 연성이 바람직하게 제어되고, 인장 응력에 의해 얻어지는 파면(인장 파면)에 있어서의 취성 파괴 파면의 비율을 향상시키고, 또한 Mn 황화물을 석출시켜 파면의 요철의 파면 수직 방향의 사이즈를 크게 할 수 있다. 이에 의해, 본 실시 형태의 열간 압연 강재는, 파단 분할하였을 때에 얻어지는 파면이 높은 끼워 맞춤성을 갖는다. 또한, 본 실시 형태의 열간 압연 강재는, 화학 성분으로서, Ti, Nb 중 1종 또는 2종을 임의로 더 함유해도 된다.

이하, 본 실시 형태의 열간 압연 강재 및 강 부품의 화학 성분의 한정 이유에 대해 설명한다. 이하, 특별히 언급이 없는 한, 열간 압연 강재의 화학 성분의 한정 이유는, 강 부품의 화학 성분의 한정 이유와 동등하다.

C: 0.35 내지 0.45질량％

C는 본 실시 형태의 열간 압연 강재 및 강 부품의 인장 강도를 확보하는 효과, 및 파단 시의 파면 근방의 소성 변형량을 작게 하여 양호한 파단 분리성을 실현하는 효과를 갖는다. C의 증가에 수반하여, 펄라이트 조직의 체적 분율이 상승함으로써, 인장 강도가 상승하고, 그리고 연성 및 인성이 저하된다. 이들 효과를 최대한으로 발휘시키기 위해, 강 중의 C 함유량을 0.35 내지 0.45질량％로 설정하였다. C 함유량이 이 상한값을 초과하면, 열간 압연 강재 및 강 부품의 펄라이트 분율이 과대해져, 파단 시의 치핑의 발생 빈도가 높아진다. 또한, C 함유량이 하한값에 미치지 않는 경우는, 열간 압연 강재 및 강 부품의 파면 근방의 소성 변형량이 증가하여, 파면의 끼워 맞춤성이 저하된다. 또한, C 함유량의 바람직한 하한값은 0.36질량％, 또는 0.37질량％이다. C 함유량의 바람직한 상한값은 0.44질량％, 0.42질량％, 또는 0.40질량％이다.

Si: 1.0 내지 1.9질량％

Si는, 고용 강화에 의해 페라이트를 강화시키고, 이에 의해 열간 압연 강재 및 강 부품의 연성 및 인성을 저하시킨다. 연성 및 인성의 저하는, 파단 시의 파면 근방의 소성 변형량을 작게 하고, 열간 압연 강재 및 강 부품의 파단 분리성을 향상시킨다. 이 효과를 얻기 위해서는, Si 함유량의 하한을 1.0질량％로 할 필요가 있다. 한편, Si가 과잉으로 함유되면, 파면의 치핑이 발생하는 빈도가 상승하므로, Si 함유량의 상한은 1.9질량％로 한다. 또한, Si 함유량의 바람직한 하한값은 1.1질량％, 1.2질량％, 또는 1.3질량％이다. Si 함유량의 바람직한 상한값은 1.8질량％, 1.6질량％, 또는 1.4질량％이다.

Mn: 0.10 내지 0.20질량％

Mn은, S와 결합하여 Mn 황화물을 형성한다. Mn 함유량이 0.10 내지 0.20질량％의 범위이면, Mn 황화물의 대부분이, 강의 온도가 고상 영역에 있을 때에 생성되기 때문에, Mn 황화물은 미세하면서 고밀도로 분포된다. 한편, 일부의 Mn 황화물은, 강을 주조에 의해 응고시킬 때에 고상과 액상의 계면에서 생성되고, 비교적 큰 사이즈가 된다. 이 조대한 Mn 황화물은, 후속의 열간 압연에 의해 압연 방향으로 신장화되어 강 중에 분포된다. 본 실시 형태의 열간 압연 강재로 이루어지는 강 부품을 파단시킨 경우에, 이들 미세하게 분산된 Mn 황화물과, 신장화된 Mn 황화물을 따라 균열이 진전되게 되어, 양호한 파단 분리성과, 현저한 파면의 요철 형상의 형성이 실현된다. 본 발명은, Zr, Ca, Mg 등의 Mn 황화물의 형태를 제어하는 합금 원소를 첨가하는 일 없이, 상기에 나타낸 Mn 황화물의 형태를 제어하는 것이다. Mn 함유량이 0.10질량％ 미만인 경우는, 신장화된 Mn 황화물의 개수가 감소하여, 파면의 요철 형상을 현저하게 할 수 없다. 또한, Mn 함유량이 0.20질량％를 초과하면, 미세한 Mn 황화물의 개수가 부족하여, 파단 분리성이 저하됨과 함께, 파면 방향으로 치핑, 금의 발생이 현저해져, 끼워 맞춤성이 저하된다. 또한, 더 바람직한 Mn 함유량의 하한값은 0.12질량％, 0.13질량％, 또는 0.15질량％이다. 더 바람직한 Mn 함유량의 상한값은 0.19질량％, 0.18질량％, 또는 0.17질량％이다.

P: 0.010 내지 0.035질량％

P는 페라이트 및 펄라이트의 연성 및 인성을 저하시키고, 이에 의해 열간 압연 강재 및 강 부품의 연성 및 인성을 저하시킨다. 연성 및 인성의 저하는, 파단 시의 파면 근방의 소성 변형량을 작게 하여, 열간 압연 강재 및 강 부품의 파단 분리성을 향상시킨다. 단, P는 결정립계의 과잉의 취화를 야기하여, 파면의 치핑을 발생하기 쉽게 한다. 따라서, P의 첨가를 이용하여 연성 및 인성을 저하시키는 방법은, 치핑 방지의 관점에서 적극적으로 활용해서는 안 된다. 이상의 점을 고려하면, P 함유량의 범위는 0.010 내지 0.035질량％가 된다. P 함유량의 바람직한 하한값은 0.011질량％, 0.013질량％, 또는 0.015질량％이다. P 함유량의 바람직한 상한값은 0.030질량％, 0.028질량％, 또는 0.025질량％이다.

S: 0.06 내지 0.10질량％

S는 Mn과 결합하여 Mn 황화물을 형성한다. 본 실시 형태의 열간 압연 강재로부터 얻어지는 강 부품을 파단 분할시킬 때, 압연 방향으로 신장된 Mn 황화물을 따라 균열이 전파되므로, Mn 황화물은 파면의 요철의 파면 수직 방향의 사이즈를 크게 하여, 파면을 끼워 맞출 때에 위치 어긋남을 방지하는 효과가 있다. 그 효과를 얻기 위해서는, S 함유량의 하한을 0.06질량％로 할 필요가 있다. 한편, S가 과잉으로 함유되면, 파단 분할 시의 파면 근방의 소성 변형량이 증대되어, 파단 분리성이 저하되는 경우가 있다. 또한, 과잉량의 S는 파면의 치핑을 조장하는 경우가 있다. 이상의 이유에 의해, S의 적합한 범위를 0.06 내지 0.10질량％로 한다. S 함유량의 바람직한 하한값은 0.07질량％이다. S 함유량의 바람직한 상한값은 0.09질량％이다.

Cr: 0.25질량％ 이하

Cr은, Mn과 마찬가지로 고용 강화에 의해 페라이트를 강화하여, 열간 압연 강재 및 강 부품의 연성 및 인성을 저하시킨다. 연성 및 인성의 저하는, 파단 시의 파면 근방의 소성 변형량을 작게 하여, 열간 압연 강재 및 강 부품의 파단 분리성을 향상시킨다. 그 효과를 얻기 위해서는, Cr 함유량의 하한을 0.02질량％로 하는 것이 바람직하다. 그러나 Cr을 과잉으로 함유하면, 펄라이트의 라멜라 간격이 작아져, 오히려 펄라이트의 연성 및 인성이 높아진다. 그 때문에, 파단 시의 파면 근방의 소성 변형량이 커져, 파단 분리성이 저하된다. 또한, Cr을 과잉으로 함유하면 베이나이트 조직이 생성되기 쉬워져, 파단 분리성이 대폭 저하되는 경우가 있다. 따라서, Cr을 함유시키는 경우, 그 함유량을 0.25질량％ 이하로 한다. Cr 함유량의 바람직한 하한값은 0.05질량％, 0.06질량％, 0.10질량％, 또는 0.12질량％이다. Cr 함유량의 바람직한 상한값은 0.23질량％, 0.20질량％, 또는 0.18질량％이다.

V: 0.20 내지 0.40질량％

V는, 열간 단조 후의 냉각 시에 주로 탄화물 또는 탄질화물을 형성함으로써, 페라이트를 강화하여, 열간 압연 강재 및 강 부품의 연성 및 인성을 저하시킨다. 연성 및 인성의 저하는, 열간 압연 강재 및 강 부품의 파단 시의 파면 근방의 소성 변형량을 작게 하여, 열간 압연 강재로 이루어지는 강 부품의 파단 분리성을 양호하게 한다. 또한, V는, 탄화물 또는 탄질화물의 석출 강화에 의해 열간 압연 강재의 항복비를 높인다고 하는 효과가 있다. 이들 효과를 얻기 위해서는, V 함유량의 하한을 0.20질량％로 할 필요가 있다. V 함유량의 하한은 바람직하게는 0.23질량％, 또는 0.25질량％이다. 한편, V를 과잉으로 함유해도 그 효과는 포화되므로, V 함유량의 상한은 0.40질량％이다. 바람직하게는 V 함유량의 상한은 0.38질량％, 또는 0.35질량％이다.

N: 0.0060 내지 0.0150질량％

N은 열간 단조 후의 냉각 시에 주로 V 질화물 또는 V 탄질화물을 형성하여 페라이트의 변태 핵으로서 작용함으로써, 페라이트 변태를 촉진한다. 이에 의해, N은, 열간 압연 강재로부터 얻어지는 강 부품의 파단 분리성을 대폭 손상시키는 베이나이트 조직의 생성을 억제하는 효과가 있다. 이 효과를 얻기 위해서는, N 함유량의 하한을 0.0060질량％로 한다. N을 과잉으로 함유하면, 열간 압연 강재 및 강 부품의 열간 연성이 저하되어, 열간 가공 시에 크랙 또는 흠집이 발생하기 쉬워지는 경우가 있다. 따라서, N 함유량의 상한을 0.0150질량％로 한다. 또한, N 함유량의 바람직한 하한값은 0.0065질량％, 0.0070질량％, 0.0080질량％, 또는 0.0085질량％이다. N 함유량의 바람직한 상한값은 0.0140질량％, 0.0130질량％, 또는 0.0120질량％이다.

B: 0.0050질량％ 이하

B는, ?칭성을 향상시키는 대표적인 원소이다. 본 실시 형태에 관한 열간 압연 강재 및 강 부품에서는, ?칭성 향상 원소인 Mn의 함유량을 낮게 할 필요가 있으므로, 강재의 ?칭성이 저하된다. 그 ?칭성의 저하를 보완하기 위한 원소로서, B가 함유되는 것이다. B는, 함유량이 미량이어도 ?칭성 향상 효과를 발휘할 수 있는데, 바람직한 B 함유량의 하한은 0.0008질량％ 이상이다. B 함유량의 하한값을 0.0014질량％, 0.0015질량％, 또는 0.0018질량％로 해도 된다. 또한, B에 의한 ?칭성 향상 효과는 포화되므로, B 함유량의 상한에 대해서는 0.0050질량％로 하였다. 단, B 함유량의 바람직한 상한은 0.0035질량％, 0.0033질량％, 또는 0.0030질량％이다.

Bi: 0.0001 내지 0.0050질량％

Bi는 결정립계 및 모상과 개재물의 계면에 편석되어, 계면의 결합력을 저하시킴으로써, 절삭 시의 변형 저항을 저하시키는 효과가 있다. 종래 기술에 따르면, Bi 자체를 절삭 변형 시의 파괴 기점으로서 작용시키고, 이에 의해 피삭성을 향상시키기 위해서는, Bi 함유량을 약 0.1질량％ 이상으로 할 필요가 있다고 여겨져 왔다. 그러나 본 발명자들은, Bi를 절삭 변형 시의 파괴 기점으로서 사용하는 것이 아닌, 계면을 취화시키는 원소로서 사용함으로써, 0.0050질량％ 이하의 Bi라도 피삭성을 향상시킬 수 있는 것을 알아냈다.

상술한 효과를 발현시키기 위한 Bi 함유량의 하한을 0.0001％로 하였지만, 효과를 충분히 발휘시키기 위한 바람직한 범위로서는, Bi 함유량을 0.0010질량％ 이상, 0.0012질량％ 이상, 또는 0.0015질량％ 이상으로 해도 된다. 그러나 Bi양이 0.0050질량％ 초과인 경우, 열간 압연 강재 및 강 부품의 열간 단조성이 악화되는 경우가 있다. 또한, Bi양이 0.0050질량％ 초과인 경우, 계면이 과잉으로 취화되어, 파면에 치핑이 발생하기 쉬워지는 경우가 있다. 따라서, Bi 함유량의 상한값은 0.0050질량％로 하였다. Bi 함유량은, 0.0045질량％ 이하, 0.0040질량％ 이하, 0.0035질량％ 이하, 또는 0.0030질량％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

본 실시 형태에 관한 열간 압연 강재는, 발명의 효과를 더욱 현저하게 하기 위해, Ti: 0.050질량％ 이하, 및 Nb: 0.030질량％ 이하 중 1종 또는 2종을 더 선택하여 함유할 수 있다. 그러나 Ti 및 Nb가 함유되지 않는 경우라도, 본 실시 형태에 관한 열간 압연 강재 및 강 부품은 과제를 해결할 수 있다. 따라서, Ti의 하한값 및 Nb의 하한값은 0질량％이다.

Ti: 0 내지 0.050질량％

Ti는 열간 단조 후의 냉각 시에 주로 탄화물 또는 탄질화물을 형성하여, 석출 강화에 의해 페라이트를 강화하고, 이에 의해 열간 압연 강재 및 강 부품의 연성 및 인성을 저하시킨다. 연성 및 인성의 저하는, 파단 시의 파면 근방의 소성 변형량을 작게 하고, 이에 의해 파단 분리성을 향상시킨다. 그러나 Ti를 과잉으로 함유하면 그 효과가 포화된다. 상술한 효과를 얻기 위해 Ti를 함유시키는 경우는, Ti 함유량의 상한을 0.050질량％로 하는 것이 바람직하다. Ti의 효과를 충분히 발휘시키기 위해서는, Ti 함유량의 하한을 0.005질량％로 하는 것이 바람직하다. 더 적합한 Ti 함유량의 하한값은 0.015질량％, 0.018질량％, 또는 0.020질량％이다. 더 적합한 Ti 함유량의 상한값은 0.040질량％, 0.035질량％, 또는 0.030질량％이다.

Nb: 0 내지 0.030질량％

Nb는, 열간 단조 후의 냉각 시에 주로 탄화물 또는 탄질화물을 형성하여, 석출 강화에 의해 페라이트를 강화하고, 이에 의해 열간 압연 강재 및 강 부품의 연성 및 인성을 저하시킨다. 연성 및 인성의 저하는, 파단 시의 파면 근방의 소성 변형량을 작게 하고, 이에 의해 열간 압연 강재 및 강 부품의 파단 분리성을 향상시킨다. 그러나 Nb를 과잉으로 함유하면, 그 효과가 포화된다. 상술한 효과를 얻기 위해 Nb를 함유시키는 경우는, Nb 함유량의 상한을 0.030질량％로 하는 것이 바람직하다. Nb의 효과를 충분히 발휘시키기 위해서는, Nb 함유량의 하한을 0.005질량％로 하는 것이 바람직하다. 더 적합한 Nb 함유량의 하한값은 0.010질량％이다. 더 적합한 Nb 함유량의 상한값은 0.030질량％, 0.028질량％, 또는 0.025질량％이다.

본 실시 형태에 관한 열간 압연 강재 및 강 부품의 화학 성분의 잔부는, 철 및 불순물이다. 불순물이라 함은, 광석이나 스크랩 등의 원재료 및 제조 환경으로부터 혼입되는 것이며, 본 실시 형태에 관한 열간 압연 강재 및 강 부품의 특성에 영향을 미치지 않는 것을 말한다. 또한, 본 실시 형태에 관한 열간 압연 강재 및 강 부품은, 그 효과를 손상시키지 않는 범위에서, 상기 성분 이외의 원소를 포함할 수 있다. 예를 들어 0 내지 0.01질량％의 Te, 0 내지 0.01질량％의 Zn, 및 0 내지 0.01질량％의 Sn 등은, 본 실시 형태에 관한 열간 압연 강재 및 강 부품의 효과를 손상시키지 않으므로, 함유되어도 된다.

금속 조직: 90면적％ 이상이 페라이트와 펄라이트로 구성된다

본 실시 형태의 열간 압연 강재 및 강 부품의 금속 조직은, 이른바 페라이트-펄라이트 조직으로 된다. 금속 조직 중에 베이나이트 등이 포함되는 경우가 있지만, 과잉량의 베이나이트는 파단 분할성을 손상시키므로 바람직하지 않다. 그래서 본 발명자들은, 본 실시 형태의 열간 압연 강재 및 강 부품의 금속 조직이, 합계 90면적％ 이상의 페라이트 및 펄라이트를 포함하는 것으로 규정하였다. 이 규정에 의해, 베이나이트양이 10면적％ 이하로 제한되어, 열간 압연 강재 및 강 부품의 파단 분할성이 양호하게 유지된다. 본 실시 형태의 열간 압연 강재 및 강 부품의 금속 조직은, 합계 92면적％, 95면적％, 또는 98면적％ 이상의 페라이트 및 펄라이트를 포함해도 된다.

페라이트 및 펄라이트의 합계량이 상술한 범위 내인 한, 양자의 비율은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 페라이트 또는 펄라이트가 0면적％라도, 금속 조직의 90면적％ 이상이 페라이트와 펄라이트로 구성되는 한, 양호한 파단 분할성이 유지된다. 또한, 페라이트 및 펄라이트의 합계량이 상술한 범위 내인 한, 금속 조직의 잔부의 구성은 특별히 한정되지 않는다. 금속 조직에 포함되는 페라이트 및 펄라이트의 양은, 연마 및 에칭된 단면의 광학 현미경 사진을 촬영하고, 이 사진을 화상 해석함으로써 구해진다.

압연 방향과 평행한 단면에서 측정되는, 원상당 직경이 1 내지 5㎛이고, 또한 압연 방향을 따라 연신된 애스펙트비가 10 초과 30 이하인 Mn 황화물의 평균 개수 밀도: 50 내지 200개/㎟

본 실시 형태의 열간 압연 강재 및 강 부품의 내부에는, Mn 황화물이 형성된다. Mn 황화물은, 열간 압연 강재의 압연 방향을 따라 신장화되어 있다. 신장화된 Mn 황화물은, 열간 압연 강재 및 강 부품을 인장 파단시킴으로써 얻어진 파면에 적절한 요철 형상을 형성하기 위해 필수적인 개재물이다.

본 실시 형태에 관한 열간 압연 강재 및 강 부품에서는, 원상당 직경이 1 내지 5㎛이고, 또한 압연 방향을 장축측으로 하여 애스펙트비가 10 초과 30 이하인 신장화된 Mn 황화물이 1㎟당 50개 이상 200개 이하로 분포된다. 신장화된 Mn 황화물은, 압연 방향의 인장 파단에 의해 형성된 파면에, 인장 방향으로 요철을 형성하여, 파면끼리의 끼워 맞춤성을 높인다. 상술한 원상당 직경 규정 및 애스펙트비 규정을 만족시키는 Mn 황화물은, 요철의 인장 방향의 사이즈를 적정화할 수 있다. 또한, 상술한 원상당 직경 규정 및 애스펙트비 규정을 만족시키는 Mn 황화물의 개수가 50 내지 200개/㎟인 경우, 요철의 개수를 적정화할 수 있다. 상술한 원상당 직경 규정 및 애스펙트비 규정을 만족시키는 Mn 황화물의 평균 개수 밀도의 하한값을, 75개/㎟, 또는 100개/㎟로 규정해도 된다. 또한, 상술한 원상당 직경 규정 및 애스펙트비 규정을 만족시키는 Mn 황화물의 평균 개수 밀도의 상한값을, 175개/㎟, 또는 150개/㎟로 규정해도 된다.

애스펙트비가 10 이하인 Mn 황화물 및 원상당 직경이 1㎛ 미만인 Mn 황화물은, 파면의 요철의 인장 방향의 사이즈를 충분히 크게 할 수 없어, 파면끼리의 끼워 맞춤성의 향상에 기여하지 않는다. 애스펙트비가 30을 초과하는 Mn 황화물 및 원상당 직경이 5㎛ 초과인 Mn 황화물은, 파면의 요철을 현저하게 하지만, 크랙이나 치핑의 빈도를 증대시키므로, 파면끼리의 끼워 맞춤성을 손상시킨다. 따라서, 상술한 원상당 직경 규정 및 애스펙트비 규정을 만족시키지 않는 Mn 황화물의 개수 밀도는 적은 편이 바람직하다. 단, 상술한 원상당 직경 규정 및 애스펙트비 규정을 만족시키는 Mn 황화물의 개수 밀도가 상술한 범위 내이고, 또한 Mn 황화물의 생성원이 되는 Mn 및 S의 함유량이 상술한 범위 내인 경우, 화학 성분 중의 Mn 및 S가, 상술한 원상당 직경 규정 및 애스펙트비 규정을 만족시키는 Mn 황화물에 의해 소비되어, 상술한 원상당 직경 규정 및 애스펙트비 규정을 만족시키지 않는 Mn 황화물의 생성이 충분히 억제된다. 따라서, 상술한 원상당 직경 규정 및 애스펙트비 규정을 만족시키지 않는 Mn 황화물의 개수 밀도는 특별히 제한되지 않는다.

상술한 원상당 직경 규정 및 애스펙트비 규정을 만족시키는 Mn 황화물의 평균 개수 밀도가 하한값에 미치지 않는 경우는, 파면의 요철의 개수가 적어져, 파단 분리 후의 파면의 끼워 맞춤성이 불충분해진다. 또한, 상술한 원상당 직경 규정 및 애스펙트비 규정을 만족시키는 Mn 황화물의 평균 개수 밀도가 하한값에 미치지 않는 경우, 상술한 원상당 직경 규정 및 애스펙트비 규정을 만족시키지 않는 Mn 황화물의 개수 밀도가 증대되어, 파단 분리성 또는 끼워 맞춤성을 손상시킬 우려가 있다. 한편, 상술한 원상당 직경 규정 및 애스펙트비 규정을 만족시키는 Mn 황화물의 평균 개수 밀도가 상한값을 초과하는 경우는, 파면에 있어서 크랙, 치핑이 발생하고, 이 경우도 파면의 끼워 맞춤성이 손상된다.

열간 압연 강재 및 강 부품 중의, 상술한 원상당 직경 규정 및 애스펙트비 규정을 만족시키는 Mn 황화물의 평균 개수 밀도의 측정 방법은 이하와 같다.

먼저, 열간 압연 강재 및 강 부품을 압연 방향과 평행하게 절단하여, 절단면을 연마한다. Mn 황화물은 압연 방향을 따라 연신되므로, 열간 압연 강재 및 강 부품을 절단할 때는, Mn 황화물의 연신 방향을, 열간 압연 강재 및 강 부품의 압연 방향으로 간주할 수 있다.

이어서, 절단면의 확대 사진을, 광학 현미경 또는 전자 현미경에 의해 촬영한다. 이때의 배율은 특별히 한정되지 않지만, 100배 정도가 바람직하다. Mn 황화물은 대략 균일하게 분포되어 있으므로, 사진 촬영을 행하는 영역은 특별히 한정되지 않는다.

그리고 사진을 화상 해석함으로써, 그 사진이 촬영된 영역에 있어서의 상술한 원상당 직경 규정 및 애스펙트비 규정을 만족시키는 Mn 황화물의 개수 밀도를 구할 수 있다. 또한, 신장화된 Mn 황화물 중에는, 분단되어 압연 방향으로 열상으로 응집되어 분포되는 것도 있다. 그러나 압연 방향(신장 방향)을 따라 배열되어 있고, 또한 단부끼리의 간격이 10㎛ 이하인 2개의 Mn 황화물은, 하나의 신장 Mn 황화물이라고 간주한다. 이러한 2개의 Mn 황화물은, 열간 압연 강재 또는 강 부품을 인장 파단시킬 때에 발생하는 균열을 인장 방향으로 전파시킨다고 하는 점에 있어서, 하나의 Mn 황화물과 동일한 거동을 나타낸다고 생각되기 때문이다.

또한, 사진 촬영과 해석을 적어도 10회 반복하고, 이에 의해 얻어진 개수 밀도를 평균함으로써, 상술한 원상당 직경 규정 및 애스펙트비 규정을 만족시키는 Mn 황화물의 평균 개수 밀도가 구해진다.

다음으로, 본 실시 형태의 열간 압연 강재의 제조 방법에 대해 설명한다. 본 실시 형태에 관한 열간 압연 강재의 제조 방법은, 본 실시 형태에 관한 열간 압연 강재와 동일한 화학 성분을 갖는 강을 용제하고, 이어서 잉곳 프로세스에 의해 주조하여 블룸을 얻는 공정과, 블룸에 분괴 압연 등의 열간 가공을 하여 빌릿을 얻는 공정과, 빌릿을 열간 압연하여 환봉을 얻는 공정을 포함하고, 열간 압연에서의 총 단면 감소율이 80％ 이상이고, 또한 열간 압연에서의 1000℃ 이하에서의 단면 감소율이 50％ 이상인 것을 특징으로 한다. 본 실시 형태에 관한 강 부품의 제조 방법은, 본 실시 형태에 관한 열간 압연 강재를 1150 내지 1280℃로 가열하여 열간 단조하는 공정 및 열간 단조된 열간 압연 강재를 실온까지 공랭 또는 충풍 냉각하는 공정, 또는 본 실시 형태에 관한 열간 압연 강재를 냉간 단조하는 공정과, 냉각된 열간 압연 강재를 절삭 가공하여 소정 형상을 갖는 강 부품을 얻는 공정을 갖는다.

본 실시 형태에 관한 열간 압연 강재의 제조 방법의 상세는 이하와 같다. 먼저, 본 실시 형태에 관한 열간 압연 강재와 동일한 화학 성분을 갖는 강을 전로에서 용제하고, 잉곳 프로세스에 의해 주조한다. 주조품은, 다시 분괴 압연 공정 등을 거쳐서 빌릿으로 한다. 얻어진 빌릿을 다시 열간 압연에 의해 환봉으로 한다. 이와 같이 하여 본 실시 형태의 열간 압연 강재를 제조한다.

잉곳 프로세스에서는, 연속 주조 프로세스와는 달리, 통상 채용되는 만곡형 연속 주조기에 의한 주조 시의 굽힘 응력 등, 고온 크랙의 원인이 되는 응력이 발생하지 않으므로, 고온 크랙 대책이 불필요해진다. 잉곳 프로세스와 마찬가지로 고온 크랙 대책이 불필요한 프로세스로서는, 수직형 연속 주조기에 의한 주조를 들 수 있다. 또한, 만곡형 연속 주조기를 사용하는 경우라도, 주조에 제공되는 주조편을, 주조편의 표층부의 화학 성분을 고온 크랙을 억제할 수 있는 성분으로 하고, 주조편의 내부의 성분을 본 실시 형태에 관한 강의 성분으로 하는 복층형 주조편으로 하면, 고온 크랙의 억제가 가능해진다.

빌릿을 환봉 형상으로 할 때의, 열간 압연 전체에서의 총 단면 감소율은 80％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 강 중의 Mn 황화물을 신장화시킬 수 있다. 또한, Mn 황화물의 신장화를 현저하게 하기 위해, Mn 황화물의 고온 경도가 강재에 비해 상대적으로 낮은 온도 영역, 즉 Mn 황화물의 신장이 용이해지는 온도 영역에서 열간 압연할 필요가 있다. 구체적으로는, 1000℃ 이하에서의 온도 영역에 있어서의 총 단면 감소율을 50％ 이상으로 할 필요가 있다. 통상이라면, 압연 저항을 감소시켜 생산성을 향상시키기 위해, 1000℃ 초과의 온도 영역에서의 압하율을 크게 하는 압연 조건이 적용된다. 그러나 본 실시 형태에 관한 열간 압연 강재의 제조 방법에서는, 강 중의 Mn 황화물을 신장화시키기 위해, 상술한 저온 영역에서의 열간 압연이 행해진다. 이들 압연 조건이 만족되지 않은 경우, Mn 황화물이 충분히 연신되지 않으므로, 상술한 원상당 직경 규정 및 애스펙트비 규정을 만족시키는 Mn 황화물의 개수 밀도를 충분히 증대시킬 수 없다. 또한, 열간 압연 후의 열간 압연 강재는 실온까지 냉각되어도 되고, 냉각 전에 또한 열간 단조에 제공되어도 된다.

본 실시 형태에 관한 강 부재의 제조 방법의 상세는 이하와 같다. 상술한 방법에 의해 얻어진 열간 압연 강재를 예를 들어 1150 내지 1280℃로 가열하여 열간 단조하고, 공랭(강을 대기 중에 방치함으로써 냉각) 또는 충풍 냉각(강에 바람을 보내어 냉각)에 의해 실온까지 냉각한다. 냉각 후의 단조재를 절삭 가공함으로써, 소정의 형상의 강 부품으로 한다. 열간 압연 강재를 단조할 때는, 열간 단조에 한정되지 않고, 냉간 단조해도 된다.

본 실시 형태의 열간 압연 강재 및 강 부품은, 압연 방향과 평행한 인장 응력에 의해 인장 파단시켜 파면을 형성한 경우, 압연 방향과 평행한 단면에서 관찰되는, 인장 응력과 평행한 방향을 향해 80㎛ 이상의 고저차를 갖고, 인장 응력과 평행한 방향에 대한 각도가 45도 이하인 단차가, 파면에 10㎜당 2.0개소 이상의 평균 개수 밀도로 형성된다. 즉, 본 실시 형태의 열간 압연 강재 및 강 부품을 압연 방향과 평행한 인장 응력에 의해 인장 파단시켜 형성한 파면에 임의의 선분(예를 들어 파면 중심을 통과하는 선분)을 그은 경우, 그 선분 상에 있는 상술한 단차의 개수 밀도는, 평균 2.0개/10㎜ 이상이 된다. 또한, 본 실시 형태의 열간 압연 강재 및 강 부품은, 압연 방향과 평행한 인장 응력에 의해 인장 파단시켜 파면을 형성한 경우, 압연 방향과 평행한 단면에서 관찰되는, 인장 응력과 평행한 방향에 대한 각도가 45도 초과이며, 길이 80㎛ 이상에 걸쳐 형성되고, 그 일부가 강 부품의 내부로 진전된 균열 또는 오목부의 평균 개수 밀도가, 파면에 있어서 10㎜당 3.0개소 미만으로 제한된다. 또한, 본 실시 형태의 열간 압연 강재 및 강 부품은, 압연 방향과 평행한 인장 응력에 의해 인장 파단시켜 파면을 형성한 경우, 파면에 있어서의 취성 파괴 파면이 면적률로 하여 98％ 이상이 된다.

파면의 성상에 대해 규정한 이유를 설명한다. 인장 파단에 의해 형성된 파면끼리를 끼워 맞추고, 파면에 수평 방향으로 응력을 가하면, 그 응력은 파면의 요철에 의해, 수평 방향 및 2개의 법선 방향(면 내에서 90°의 경사 방향 및 파면과 수직 방향)으로 3차원적으로 분산된다. 이 경우, 인가된 응력은, 파면의 요철의 인장 방향의 사이즈가 클수록 분산된다. 발명자들은, 요철에 의해 형성되는 단차가, 인장 응력과 평행한 방향에 대한 각도가 45도 이하이고, 또한 인장 응력과 평행한 방향을 향해 80㎛ 이상의 고저차를 갖는 경우에, 이 요철이 끼워 맞춤성에 기여한다고 판단하였다. 또한, 파면의 치핑이 발생하지 않는 한, 파면의 단차의 인장 방향의 사이즈가 클수록, 응력 인가 시의 위치 어긋남을 더욱 확실하게 방지할 수 있다.

치핑 발생량은, 파면에 있어서의 인장 방향에 수직인 방향(파면 방향)으로 연신되는 균열 또는 오목부의 존재와 상관이 있다. 즉, 어느 일정 크기 이상의 파면 방향의 균열 혹은 파면 방향의 오목부가 많을수록, 치핑의 발생량이 증가한다. 파면을 끼워 맞출 때, 파면 방향의 균열 또는 오목부가 응력 집중부로서 작용하여 미세하게 파단됨으로써, 치핑이 발생한다고 생각된다. 본 발명자들은, 파면의 치핑 발생량을 억제하기 위해서는, 파면 방향의 균열 혹은 오목부의 개소를 최소한으로 억제하는 것이 필요한 것을 알아냈다. 구체적으로는, 치핑 발생량을 충분히 억제하기 위해서는, 압연 방향과 평행한 단면에서 관찰되는, 인장 응력과 평행한 방향에 대한 각도가 45도 초과이며, 길이 80㎛ 이상에 걸쳐 형성되고, 그 일부가 강 부품의 내부로 진전된 균열 또는 오목부의 평균 개수 밀도를 10㎜당 3.0개소 미만으로 제한해야 하는 것을 본 발명자들은 알아냈다.

특히 Mn 황화물의 형태 및 분산 상태가 파면 형상에 큰 영향을 미치기 때문에, 치핑을 발생하지 않는 범위에서 파면의 요철을 최대화하기 위해서는, Mn 황화물의 형태와 분산 상태를 제어하는 것이 중요하다. 더 구체적으로는, 균열 전파의 경로가 되는 Mn 황화물을 적정한 범위 내에서 신장화시키고, 또한 다량으로 분산시키는 것이, 파면의 요철의 인장 방향의 사이즈를 크게 하는 것에 기여한다. 그래서, 본 실시 형태에 관한 열간 압연 강재 및 강 부품에서는, 파단 시에 파면의 치핑을 발생시키지 않는 범위에서 실험적으로 실현 가능한 현저한 파면 요철 형상을 상기한 바와 같이 규정하였다.

또한, 본 실시 형태에 관한 열간 압연 강재 및 강 부품은, 화학 조성이 바람직하게 제어되고, 금속 조직의 90면적％ 이상이 페라이트 및 펄라이트로 되고, 또한 소정의 형태를 갖는 Mn 황화물이 내부에 분산되어 있으므로, 본 실시 형태에 관한 열간 압연 강재 및 강 부품을 압연 방향과 평행한 인장 응력에 의해 분할하여 얻어지는 파면의 98면적％ 이상은, 취성 파괴 파면이 된다. 연성 파면에서는 변형이 발생되어 있으므로, 연성 파면은 파면의 끼워 맞춤성을 손상시킨다. 파면의 98면적％ 이상이 취성 파괴 파면인 경우, 파면의 끼워 맞춤성이 바람직하게 유지된다.

파면 형상의 평가 방법은 이하와 같다.

파면에 차지하는 취성 파괴 파면의 면적률은, 통상의 파면 해석의 방법에 따라서 사진을 분석함으로써, 벽개 크랙, 준벽개 크랙 혹은 입계 크랙 등으로 구성되는 취성 파괴 파면이 발생되어 있는 영역을 획정하고, 이 취성 파괴 파면 영역의 면적이 파면 전체의 면적에 차지하는 비율을 산출함으로써 구해진다.

파단 분할에 의한 변형량은, 파단 후의 열간 압연 강재 또는 강 부품을 맞대어 볼트 체결하고, 파단 방향의 내경과, 파단 방향에 수직인 방향의 내경의 차를 측정하고, 이 차를 파단 분할에 의한 변형량으로 간주함으로써 구해진다.

파면의 치핑 발생량은, 파면을 맞대어 20N·m의 토크로 볼트 체결하여 조립 장착하고, 다음으로 볼트를 풀어 파면을 이격시키는 작업을 10회 반복하고, 이에 의해 탈락한 파편의 총 중량을 측정하고, 이 총 중량을 파면의 치핑 발생량으로 간주함으로써 구해진다.

압연 방향과 평행한 단면에서 관찰되는, 인장 응력과 평행한 방향을 향해 80㎛ 이상의 고저차를 갖고, 인장 응력과 평행한 방향에 대한 각도가 45도 이하인 단차(인장 방향 단차)의 개수 밀도, 및 압연 방향과 평행한 단면에서 관찰되는, 인장 응력과 평행한 방향에 대한 각도가 45도 초과이며, 길이 80㎛ 이상에 걸쳐 형성되고, 그 일부가 강 부품의 내부로 진전된 균열 또는 오목부(파면 방향 균열)의 개수 밀도는, 이하의 방법에 의해 평가된다. 먼저, 파면이 형성된 열간 압연 강재 또는 강 부품을 인장 방향과 평행하게 절단하여, 파면 형상을 인장 방향에 수직인 방향으로부터 관찰할 수 있도록 한다. 절단 전에 파면을 수지 매립함으로써, 절단 시에 파면 형상이 유지되도록 해도 된다. 파면 형상을 상술한 절단면에 있어서 관찰함으로써, 인장 방향의 요철 및 파면 방향의 요철을 관찰할 수 있다.

또한, 인장 방향 단차 및 파면 방향 균열의 개수 밀도를 측정하기 위한 절단면은, 인장 방향과 평행한 한, 시험편의 임의의 장소에 형성할 수 있지만, 편의상, 절단면에 있어서의 파면이 가능한 한 커지도록 절단면을 형성하는 것이 바람직하다. 관찰은, 절단면에 있어서의 임의의 5 시야 이상에서 실시하고, 관찰 시에, 각 시야에 있어서의 인장 방향 단차 및 파면 방향 균열의 10㎜당 개수 밀도를 측정하고, 그것들의 평균값을 구한다. 이에 의해, 인장 방향 단차 및 파면 방향 균열의 개수 밀도가 구해진다.

본 실시 형태에 관한 열간 압연 강재 및 강 부품을 파단시키는 방법은 특별히 한정되지 않지만, 압연 방향과 평행한 인장 응력을 사용하여 파단시키는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에 관한 열간 압연 강재 및 강 부품의 Mn 황화물은 압연 방향과 평행하게 연신되어 있으므로, 압연 방향과 평행한 인장 응력을 가하여 압연 방향에 대략 수직인 파면을 형성함으로써, Mn 황화물에 의한 요철 형성 효과가 최대화된다. 또한, 파단 분리성을 향상시키기 위해, 파면을 형성하는 개소에, 인장 응력을 가하기 전에 노치 가공을 실시해 두는 것이 바람직하다. 노치 가공의 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 브로치 가공 또는 레이저 가공에 의해 노치 가공을 행해도 된다.

본 실시 형태의 열간 압연 강재 및 강 부품은, 파단 분리하였을 때, 파면 근방의 소성 변형량이 작고, 또한 파면의 치핑 발생이 적어진다. 이 때문에, 파면을 끼워 맞춤시킨 경우, 위치 어긋남이 발생하지 않고, 고정밀도로 끼워 맞출 수 있어, 강 부품의 정밀도 향상, 수율 향상을 동시에 실현할 수 있다. 또한, 강 중에 초미량의 Bi를 함유시킴으로써, 피삭성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 열간 압연 강재 및 강 부품을 사용함으로써, 치핑을 흔들어 떨어뜨리는 공정을 생략할 수 있어, 제조 비용을 저감할 수 있고, 이에 의해 산업상의 경제 효율성의 향상에 큰 효과가 있다.

실시예

본 발명을 실시예에 의해 이하에 상세하게 설명한다. 또한, 이들 실시예는 본 발명의 기술적 의의 및 효과를 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

실시예 1

표 1 및 표 2에 나타내는 조성을 갖는, 전로에서 용제한 강을, 잉곳 프로세스에 의해 주조한 후, 분괴 압연 공정을 거쳐서 한 변이 162㎜인 정사각형의 빌릿으로 하고, 다시 열간 압연에 의해 직경이 56㎜인 봉강 형상으로 하였다. 빌릿을 열간 압연하여 환봉 형상으로 할 때, 총 단면 감소율은 90％로 하고, 1000℃ 이하의 온도 영역에서의 단면 감소율은 80％로 하였다. 또한, 표 중의 「-」라는 기호는, 기호가 기재된 개소에 관한 원소의 함유량이 검출 한계값 이하(불순물 수준)인 것을 나타내고 있다. 분괴 압연 전의 블룸의 가열 온도 및 가열 시간은, 각각 1270℃ 및 140min이고, 열간 압연 전의 빌릿의 가열 온도 및 가열 시간은, 각각 1240℃ 및 90min이었다. 표 2에 있어서 밑줄이 그어진 값은, 본 발명의 범위의 값이다.

상술한 방법에 의해 얻어진 강에 포함되는, 압연 방향과 평행한 단면에서 측정되는, 원상당 직경이 1 내지 5㎛이고, 또한 압연 방향을 따라 연신된 애스펙트비가 10 초과 30 이하인 Mn 황화물의 평균 개수 밀도(Mn 황화물 개수 밀도)를 이하의 방법으로 산출하였다. 먼저, 강을 압연 방향과 평행하게 절단하고, 절단면을 연마하였다. 이어서, 강의 절단면의 확대 사진을, 광학 현미경 또는 전자 현미경에 의해 촬영하였다. 이때의 배율은 100배로 하였다. 그리고 사진을 화상 해석함으로써, 그 사진이 촬영된 영역에 있어서의 Mn 황화물 개수 밀도를 구하였다. 또한, 압연 방향을 따라 배열되어 있고, 또한 단부끼리의 간격이 10㎛ 이하인 2개의 Mn 황화물은, 하나의 신장 Mn 황화물로 간주하였다. 또한, 사진 촬영과 해석을 10회 반복하고, 이에 의해 얻어진 개수 밀도를 평균함으로써, 강의 Mn 황화물 개수 밀도를 구하였다.

또한, 상술한 방법에 의해 얻어진 강의 조직에 포함되는 페라이트 및 펄라이트의 합계량을, 강을 절단하고, 절단면을 연마 및 에칭하고, 절단면의 광학 현미경 사진을 촬영하고, 이 사진을 화상 해석함으로써 구하였다. 또한, 상술한 공정을 4회 반복하고, 얻어진 페라이트 및 펄라이트의 합계량의 평균값을, 강의 페라이트 및 펄라이트의 합계량으로 간주하였다. 측정 결과, 모든 강의 금속 조직의 90면적％ 이상이 페라이트와 펄라이트로 구성되어 있는 것이 확인되었다.

다음으로, 파단 분리성을 조사하기 위해, 단조 커넥팅 로드 상당의 시험편을 열간 단조에 의해 제작하였다. 구체적으로는, 상술한 공정에 의해 직경 56㎜, 길이 100㎜의 소재 봉강으로 된 강을, 1150 내지 1280℃로 가열 후, 봉강의 길이 방향에 수직으로 단조하여 두께 20㎜로 하였다. 그리고 단조된 강은 오일 ?칭, 충풍 냉각(시험편에 바람을 보내어 냉각), 또는 공랭(대기 중에서 방치하는 것에 의한 냉각) 중 어느 것에 의해 실온까지 냉각하였다. 냉각 후의 단조재로부터, JIS 4호 인장 시험편과, 커넥팅 로드 대단부 상당 형상의 파단 분리성 평가용 시험편을 절삭 가공하였다. JIS 4호 인장 시험편은, 단조재의 측면으로부터 30㎜ 위치에서, 길이 방향을 따라서 채취하였다. 파단 분리성 평가용 시험편은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 80㎜×80㎜, 또한 두께 18㎜의 판 형상의 중앙부에, 직경 50㎜의 구멍을 마련한 것이며, 직경 50㎜의 구멍의 내면 상에는, 단조 전의 소재인 봉강의 길이 방향에 대해 ±90도의 위치 2개소에, 깊이 1㎜ 또한 선단 곡률 0.5㎜의 45도의 V 노치 가공을 실시하였다. 또한, 볼트 구멍으로서 직경 8㎜의 관통 구멍을, 그 중심선이 노치 가공측의 측면으로부터 8㎜의 개소에 위치하도록 내었다.

파단 분리성 평가의 시험 장치는, 분할 금형과 낙추 시험기로 구성되어 있다. 분할 금형은 직사각형의 강재 상에 성형한 직경 46.5㎜의 원기둥을 중심선을 따라 2분할한 형상이며, 한쪽이 고정되고, 한쪽이 레일 상을 이동한다. 2개의 반원기둥의 맞댐면에는 쐐기 구멍이 가공되어 있다. 파단 시험 시에는, 시험편의 직경 50㎜의 구멍을 이 분할 금형의 직경 46.5㎜의 원기둥에 끼워 넣고, 쐐기를 넣어 낙추 상에 설치한다. 낙추는 질량 200㎏이며, 가이드를 따라 낙하하는 구조이다. 낙추를 낙하시키면, 쐐기가 타입되어, 시험편은 2개로 인장 파단된다. 또한, 파단 시에 시험편이 분할 금형으로부터 유리되지 않게, 시험편은 분할 금형에 압박되도록 주위가 고정되어 있다.

파면에 차지하는 취성 파괴 파면의 면적률(취성 파괴 면적률)의 측정 방법은, 이하와 같이 하였다. 먼저, 낙추 높이 100㎜에서 강을 파단시키고, 파면의 광학 현미경 사진을 촬영하였다. 통상의 파면 해석의 방법에 따라서 사진을 분석함으로써, 벽개 크랙, 준벽개 크랙 혹은 입계 크랙 등으로 구성되는 취성 파괴 파면이 발생되어 있는 영역을 획정하고, 이 취성 파괴 파면 영역의 면적이 파면 전체의 면적에 차지하는 비율을 산출하였다.

파단 분리 시의 변형량(변형량)의 측정 방법은, 이하와 같이 하였다. 파단 후의 시험편을 맞대어 볼트 체결하고, 파단 방향의 내경과, 파단 방향에 수직인 방향의 내경의 차를 측정하였다. 이 차를, 파단 분할에 의한 변형량으로 하였다.

파면의 치핑 발생량(치핑 발생량)의 측정 방법은, 이하와 같이 하였다. 상술한 변형량 측정을 행한 후, 파면을 맞대어 20N·m의 토크로 볼트 체결하여 조립 장착하고, 다음으로 볼트를 풀어 파면을 이격시키는 작업을 10회 반복하였다. 이에 의해 탈락한 파편의 총 중량을 파면의 치핑 발생량이라고 정의하였다.

파단 분리성이 양호한 강이라 함은, 파면의 파괴 형태가 취성적이고, 또한 파단 분리에 의한 파면 근방의 변형량이 작고, 또한 치핑 발생량이 적은 강이다. 본 발명자들은, 벽개 크랙, 준벽개 크랙 혹은 입계 크랙 등으로 구성되는 취성 파괴 파면의 면적률이 98％ 이상이고, 파면 근방의 변형량이 100㎛ 이하이고, 또한 치핑 발생량이 1.0mg 이하인 강을, 양호한 파단 분리성을 갖는 강이라고 판단하였다.

열간 단조성의 평가는, 이하의 방법으로 행하였다. 직경 10㎜, 또한 길이 100㎜의 환봉 시험편을 강으로부터 잘라내고, 이 환봉 시험편을 승온 시간 60초, 900℃ 이상의 온도 범위에 있어서의 승온 속도 1℃/초, 또한 최고 가열 온도 1100℃라는 조건에서 가열하고, 환봉 시험편의 온도를 최고 가열 온도에서 300초 유지하고, 환봉 시험편을 냉각 속도 5℃/초로 900℃까지 냉각하고, 환봉 시험편의 온도를 900℃에서 60초 유지한 후에, 변형 속도 5/초로 인장 변형을 가함으로써 환봉 시험편을 파단시켰다. 파단 수축률이 50％ 이하였던 시료를, 열간 단조성에 관하여 「BAD」라고 판정하고, 파단 수축률이 50％를 초과한 시료를, 열간 단조성에 관하여 「GOOD」이라고 판정하였다.

또한, 압연 방향과 평행한 단면에서 관찰되는, 인장 응력과 평행한 방향에 대한 각도가 45도 초과이며, 길이 80㎛ 이상에 걸쳐 형성되고, 그 일부가 강 부품의 내부로 진전된 균열 또는 오목부의 평균 개수 밀도(파면 방향 균열 수)가, 10㎜당 3.0개소 미만으로 제한된 파면이 형성된 강을, 파단 분리성이 양호한 강으로 간주하였다. 파면끼리의 끼워 맞춤성을 높이기 위해서는, 파면의 요철의 인장 방향의 사이즈(즉, 요철에 의해 형성되는 단차의 사이즈)가 클 것, 또한 요철이 높은 빈도로 존재할 것이 필요하다. 발명자들은, 압연 방향과 평행한 단면에서 관찰되는, 인장 응력과 평행한 방향을 향해 80㎛ 이상의 고저차를 갖고, 인장 응력과 평행한 방향에 대한 각도가 45도 이하인 단차(인장 방향 단차)의 개수 밀도(인장 방향 단차 수)가, 10㎜당 2.0개소 이상인 파면이 형성된 시료를, 끼워 맞춤성이 높은 시료로 간주하였다.

파면의 인장 방향 단차 및 파면 방향 균열의 개수 밀도는, 이하의 방법에 의해 측정하였다. 먼저, 시험편을 인장 방향으로 절단하고, 파면 형상을 인장 방향에 수직인 방향으로부터 관찰할 수 있도록 하였다. 파면 단면을 상술한 절단면에 있어서 관찰함으로써, 인장 방향의 요철 및 파면 방향의 요철을 관찰하였다. 절단면은, 파면의 중심을 포함하도록 형성되었다. 관찰은, 절단면에 있어서의 임의의 5 시야에서 실시하였다. 관찰 시에는, 각 시야에 있어서의 인장 방향 단차 및 파면 방향 균열의 10㎜당 개수 밀도를 측정하고, 그것들의 평균값을 구하였다.

표 3에 나타내는 바와 같이, 제조 No.1 내지 17의 본 발명예는 모두 상술한 합격 기준을 만족시키고 있어, 열간 단조성이 높고, 파단 분리성이 우수하고, 동시에 끼워 맞춤성이 양호한 것을 알 수 있었다. 또한, 제조 No.1 내지 17에 대해서는, 강 중의 Mn 황화물 중, 본 발명의 원상당 직경 규정 및 애스펙트비 규정을 만족시키는 Mn 황화물은, 1㎟당 50개 이상 분포되어 있었다.

한편, 표 2에 나타내는 바와 같이, 제조 No.18 내지 33은, C, Si, Mn, P, S, Cr, V, N, Bi의 함유량이 본 발명의 범위로부터 벗어나 있다. 이것들은 이하의 이유에 의해, 표 4에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 요건을 만족시키지 않았다.

제조 No.18, 20, 22, 24, 27, 33은 각각 C, Si, Mn, P, S, Bi의 함유량이 본 발명의 범위의 하한 미만이고, 파단 분리 시의 소성 변형량이 100㎛를 초과하였으므로, 양호한 파단 분리성을 갖지 않는다고 판단되었다.

제조 No.19, 21, 23, 25, 26, 31은 각각 C, Si, Mn, P, S, N의 함유량이 본 발명의 범위의 상한을 초과하고 있거나, 혹은 Bi가 본 발명의 범위의 하한 미만이고, 파단 시의 치핑 발생량이 1.0mg을 초과한다.

제조 No.28은 Cr의 함유량이 본 발명의 범위의 상한을 초과하고 있고, 취성 파괴 면적률이 98％ 미만이 되었다.

제조 No.29는 V의 함유량이 본 발명의 범위의 하한 미만이고, 취성 파괴 면적률이 98％ 미만이 되었다.

제조 No.30은 N의 함유량이 본 발명의 범위의 상한을 초과하고 있고, 제조 시의 강재 흠집이 다발하여, 특성 평가를 행할 수 없었다.

제조 No.32는 Bi가 본 발명의 범위의 상한을 초과하고 있었으므로, 열간 단조성이 열악하였다. 또한, 표에는 기재되어 있지 않지만, 제조 No.32는 제조 시에 흠집이 약간 많이 발생하였다.

제조 No.33은 Bi가 본 발명의 범위를 하회하고 있어, 피삭성이 열악하였다.

피삭성에 관해서는, 앞서 설명한 직경 56㎜의 열간 압연 강재를 직경 25㎜까지 열간 단조한 후, 길이 500㎜로 절단하고, NC 선반을 사용하여, 하기의 조건에서 선삭 가공함으로써 조사한 절삭분 처리성에 기초하여 평가하였다.

절삭분 처리성은, 이하의 방법으로 평가하였다. 피삭성 시험 중의 10초간 배출된 절삭분을 회수하였다. 회수된 절삭분의 길이를 조사하여, 긴 것부터 차례로 10개의 절삭분을 선택하였다. 선택된 10개의 절삭분의 총 중량을 「절삭분 중량」이라고 정의하였다. 절삭분이 길게 이어진 결과, 절삭분의 총 수가 10개 미만인 경우, 회수된 절삭분의 1개당 평균 중량을 10배 한 값을 「절삭분 중량」이라고 정의하였다. 예를 들어, 절삭분의 총 수가 7개이며, 그 총 중량이 12.0g인 경우, 절삭분 중량은, 12.0g×10개/7개＝17.1g으로 계산하였다.

피삭성 평가에 사용한 칩은, 이하와 같았다.

모재 재질: 초경 P20종 그레이드

코팅: 없음

또한, 선삭 가공 조건은, 이하와 같았다.

주속: 150m/min

이송량: 0.2㎜/rev

절입 깊이: 0.4㎜

윤활: 수용성 절삭유 사용

각 마크의 절삭분 중량이 15g 이하인 시료는, 절삭분 처리성이 높다고 판단되어, 표 3 및 표 4에 「GOOD」이라고 기재되었다. 절삭분 중량이 15g을 초과하는 경우, 절삭분 처리성이 낮다고 평가되어, 표 3 및 표 4에 「BAD」라고 기재되었다. Bi를 첨가한 강에 대해서는 모두 절삭분 중량이 15g 이하인 것에 비해, Bi를 첨가하지 않은 제조 No.18 내지 21 및 33은 절삭분 중량이 15g을 초과하여, 피삭성이 떨어졌다.

실시예 2

표 1에 기재된 강 No.H와 동일한 화학 성분을 갖는 강 No.H-2 및 강 No.H-3을, 표 5에 기재된 조건으로 제조하고, 이들 강에 포함되는 본 발명의 원상당 직경 규정 및 애스펙트비 규정을 만족시키는 Mn 황화물의 평균 개수 밀도(Mn 황화물 개수 밀도)를 측정하였다. 표 5의 「총 단면 감소율」은, 열간 압연에 있어서의 총 단면 감소율(％)이고, 「1000℃ 이하에서의 단면 감소율」은, 열간 압연에 있어서의, 강의 온도가 1000℃ 이하인 기간 내의 총 단면 감소율(％)이고, 「Mn 황화물 개수 밀도」는, 본 발명의 원상당 직경 및 애스펙트비 규정을 만족시키는 Mn 황화물의 개수 밀도(개/㎟)이다. 표 5에 기재되어 있지 않은 제조 조건은, 제조 No.1 내지 33의 것과 동일하게 하였다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 강 No.H는, Mn 황화물 개수 밀도가 본 발명의 범위 내로 되었다. 한편, 표 5에 나타낸 바와 같이, 강 No.H-2 및 강 No.H-3은, 제조 조건이 본 발명의 범위 밖이었으므로, Mn 황화물 개수 밀도가 본 발명의 범위를 하회하였다.

강 No.H-2는, 열간 압연 시의 총 단면 감소율이 80％ 미만인 예이고, 강 No.H-3은, Mn 황화물이 연신되기 쉬운 온도 영역인 1000℃ 이하의 온도 영역에서의 단면 감소율이 50％ 미만인 예이다. 열간 압연 시에 Mn 황화물이 충분히 연신되지 않았으므로, 강 No.H-2 및 강 No.H-3에 있어서 Mn 황화물 개수 밀도가 부족하였다고 추정된다.

본 실시 형태에 관한 열간 압연 강재는, 열간 단조 후에 공랭 또는 충풍 냉각한 후 파단 분할을 행하였을 때, 파면 근방의 소성 변형량이 작으면서 파면의 치핑 발생이 적은, 우수한 파단 분리성을 갖는다. 본 실시 형태에 관한 열간 압연 강재 및 강 부품은, 파면의 소성 변형량이 작고, 또한 치핑 발생이 적다고 하는 특징에 의해, 파면의 끼워 맞춤 시에 위치 어긋남이 발생하는 일 없이 고정밀도로 파면을 끼워 맞출 수 있어, 부품 제조의 수율을 향상시킨다. 또한, 이 특징에 의해, 본 실시 형태에 관한 열간 압연 강재 및 강 부품은, 치핑을 흔들어 떨어뜨리는 공정을 생략할 수 있어, 제조 비용의 저감으로 이어지며, 이것은 산업상 매우 효과가 크다. 또한, 본 실시 형태에 관한 열간 압연 강재를 열간 단조하여 이루어지는 부품은, 피삭성이 우수하므로, 부품 제조 시의 작업이 효율화되어, 생산성을 향상시킬 수 있다.

1 : 시험편
2 : 구멍
3 : V 노치
4 : 관통 구멍
10 : 강 부품
11 : Mn 황화물
12 : 균열
21 : 파면 방향 균열
22 : 인장 방향 단차

Claims (5)

1. 화학 성분이
   C: 0.35 내지 0.45질량％,
   Si: 1.0 내지 1.9질량％,
   Mn: 0.10 내지 0.20질량％,
   P: 0.010 내지 0.035질량％,
   S: 0.06 내지 0.10질량％,
   Cr: 0.25질량％ 이하,
   V: 0.20 내지 0.40질량％,
   N: 0.0060 내지 0.0150질량％,
   B: 0.0050질량％ 이하,
   Bi: 0.0001 내지 0.0050질량％,
   Ti: 0 내지 0.050질량％, 및
   Nb: 0 내지 0.030질량％
   를 함유하고, 잔부가 철 및 불순물로 이루어지고,
   금속 조직의 90면적％ 이상이 페라이트와 펄라이트로 구성되고,
   압연 방향과 평행한 단면에서 측정되는, 원상당 직경이 1 내지 5㎛이고, 또한 상기 압연 방향을 따라 연신된 애스펙트비가 10 초과 30 이하인 Mn 황화물의 평균 개수 밀도가 50 내지 200개/㎟인 것을 특징으로 하는, 열간 압연 강재.
2. 제1항에 있어서,
   상기 화학 성분이,
   Ti: 0.005 내지 0.050질량％, 및
   Nb: 0.005 내지 0.030질량％
   중 1종 또는 2종을 함유하는 것을 특징으로 하는, 열간 압연 강재.
3. 화학 성분이
   C: 0.35 내지 0.45질량％,
   Si: 1.0 내지 1.9질량％,
   Mn: 0.10 내지 0.20질량％,
   P: 0.010 내지 0.035질량％,
   S: 0.06 내지 0.10질량％,
   Cr: 0.25질량％ 이하,
   V: 0.20 내지 0.40질량％,
   N: 0.0060 내지 0.0150질량％,
   B: 0.0050질량％ 이하,
   Bi: 0.0001 내지 0.0050질량％,
   Ti: 0 내지 0.050질량％, 및
   Nb: 0 내지 0.030질량％
   를 함유하고, 잔부가 철 및 불순물로 이루어지고,
   금속 조직의 90면적％ 이상이 페라이트와 펄라이트로 구성되고,
   압연 방향과 평행한 단면에서 측정되는, 원상당 직경이 1 내지 5㎛이고, 또한 상기 압연 방향을 따라 연신된 애스펙트비가 10 초과 30 이하인 Mn 황화물의 평균 개수 밀도가 50 내지 200개/㎟인 것을 특징으로 하는, 강 부품.
4. 제3항에 있어서,
   상기 강 부품을 상기 압연 방향과 평행한 인장 응력에 의해 인장 파단시켜 파면을 형성한 경우에,
   상기 압연 방향과 평행한 상기 단면에서 관찰되는, 상기 인장 응력과 평행한 방향을 향해 80㎛ 이상의 고저차를 갖고, 상기 인장 응력과 평행한 상기 방향에 대한 각도가 45도 이하인 단차가, 상기 파면에 10㎜당 2.0개소 이상의 평균 개수 밀도로 형성되고,
   상기 파면에 있어서의 취성 파괴 파면이 면적률로 하여 98％ 이상이고,
   상기 압연 방향과 평행한 상기 단면에서 관찰되는, 상기 인장 응력과 평행한 상기 방향에 대한 각도가 45도 초과이고, 길이 80㎛ 이상에 걸쳐 형성되고, 그 일부가 상기 강 부품의 내부로 진전된 균열 또는 오목부의 평균 개수 밀도가, 상기 파면에 있어서 10㎜당 3.0개소 미만인 것을 특징으로 하는, 강 부품.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   상기 화학 성분이,
   Ti: 0.005 내지 0.050질량％, 및
   Nb: 0.005 내지 0.030질량％
   중 1종 또는 2종을 함유하는 것을 특징으로 하는, 강 부품.

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